노른자 주머니의 조혈 줄기 세포

조혈줄기세포의 다양한 증식 및 분화 잠재력은 개체발생학적 발달의 특성에 의해 결정되는데, 이는 조혈의 주요 영역의 위치조차도 개체발생 과정에서 변화하기 때문입니다. 태아 난황낭의 조혈 전구세포는 적혈구 생성만을 담당하는 세포주를 형성합니다. 원발성 조혈줄기세포가 간과 비장으로 이동한 후, 이러한 기관의 미세환경에서 조혈줄기세포의 범위가 확장됩니다. 특히, 조혈줄기세포는 림프계 세포를 생성하는 능력을 획득합니다. 태아기에 조혈 전구세포는 최종 위치 영역에 도달하여 골수를 채웁니다. 자궁 내 발달 기간 동안 태아 혈액에는 상당량의 조혈줄기세포가 포함되어 있습니다. 예를 들어, 임신 13주차에 조혈줄기세포 수치는 전체 단핵구 수의 18%에 도달합니다. 이후 HSC 함량은 점진적으로 감소하지만, 태어나기 전에도 탯줄 혈액의 HSC 양은 골수의 HSC 양과 크게 다르지 않습니다.

고전적 개념에 따르면, 포유류의 배아 발달 과정에서 조혈 기능의 국소화는 다능성 조혈 줄기세포가 난황낭에서 간, 비장, 골수로 이동하여 새로운 미세환경으로 유입되는 과정을 통해 이루어집니다. 배아 발달 초기 단계에서 조혈 조직에는 많은 줄기세포가 포함되어 있지만, 태아가 성숙함에 따라 줄기세포가 감소하기 때문에, 조혈 줄기세포를 얻기에 가장 유망한 방법은 임신 5~8주에 유산된 태아에서 분리한 배아 간의 조혈 조직입니다.

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조혈모세포의 기원에 대한 질문

배아 적혈구 형성이 난황낭의 혈도에서 시작된다는 것은 의심의 여지가 없습니다. 그러나 난황낭 조혈모세포의 시험관 내 분화 잠재력은 매우 제한적입니다(주로 적혈구로 분화합니다). 난황낭 조혈모세포 이식은 장기간 조혈 기능을 회복시킬 수 없다는 점에 유의해야 합니다. 이 세포들은 성체 조혈모세포(HSC)의 전구체가 아닌 것으로 밝혀졌습니다. 진정한 HSC는 자궁 내 발생 3~5주차에 위 조직과 혈관 내피 형성 영역(대동맥주위장내흉막, P-SP)뿐만 아니라 대동맥, 생식선, 일차 신장 대신 중신장(mesonephros) 또는 소위 AGM 영역에도 더 일찍 나타납니다. AGM 영역 세포는 조혈 줄기세포(HSC)뿐만 아니라 혈관 내피세포, 그리고 뼈 조직 형성 과정에 관여하는 파골세포의 공급원인 것으로 밝혀졌습니다. 임신 6주차에 AGM 영역의 초기 조혈 전구 세포는 간으로 이동하며, 간은 출생 시까지 태아의 주요 조혈 기관으로 남아 있습니다.

이 지점은 세포 이식의 관점에서 매우 중요하므로 인간 배아 발생 과정에서 HSC의 기원 문제는 더 자세한 설명이 필요합니다.포유류와 조류의 조혈 줄기 세포가 배아 외 공급원에서 유래한다는 고전적인 아이디어는 난황낭에서 분리된 HSC와 그 자손을 복제하는 방법을 처음 사용한 Metcalf와 Moore의 연구에 기반합니다.그들의 연구 결과는 이동 이론의 기초가 되었는데, 이 이론에 따르면 HSC는 난황낭에 처음 나타난 후 해당 미세 환경이 형성됨에 따라 일시적이고 최종적인 조혈 기관으로 순차적으로 이동합니다.이를 통해 처음에 난황낭에 국한된 HSC의 생성이 최종 조혈의 세포적 기초 역할을 한다는 관점이 확립되었습니다.

난황낭 조혈 전구세포는 가장 초기 조혈 전구세포 범주에 속합니다. 이들의 표현형은 AA4.1+CD34+c-kit+의 형태로 표현됩니다. 성숙 골수 조혈 줄기세포와 달리, 이들은 Sca-1 항원과 MHC 분자를 발현하지 않습니다. 배양 중 난황낭 조혈 줄기세포의 표면 막에 마커 항원이 나타나는 것은 배아 발달 중 조혈 계통이 형성되는 분화와 일치하는 것으로 보입니다. 즉, CD34와 Thy-1 항원의 발현 수준은 감소하고, CD38과 CD45RA의 발현은 증가하며, HLA-DR 분자가 나타납니다. 이후 사이토카인과 성장 인자에 의해 유도된 시험관 내 특수화 과정을 거쳐 특정 세포주의 조혈 전구세포에 특이적인 항원의 발현이 시작됩니다. 그러나 세 가지 척추동물 부류(양서류, 조류, 포유류)의 배아 조혈 연구 결과, 특히 출생 후 개체발생에서 확정 조혈을 담당하는 HSC의 기원 분석 결과는 고전적 개념과 모순됩니다. 고려된 모든 부류의 대표자에서 배아 발생 과정에서 HSC가 발생하는 두 개의 독립적인 영역이 형성된다는 것이 확인되었습니다. 배아 외 "고전적" 영역은 난황낭 또는 그 유사체로 표현되는 반면, 최근 확인된 HSC 국소화의 배아 내 영역에는 대동맥 주위 중간엽과 AGM 영역이 포함됩니다. 오늘날 양서류와 조류에서 확정 HSC는 배아 내 출처에서 유래하는 반면, 포유류와 인간에서는 난황낭 HSC가 확정 조혈에 관여할 가능성을 아직 완전히 배제할 수 없다고 주장할 수 있습니다.

난황낭에서의 배아 조혈은 사실 일차 적혈구 생성으로, 적혈구 성숙의 모든 단계에서 핵이 보존되고 태아형 헤모글로빈이 합성되는 것이 특징입니다. 최신 자료에 따르면, 일차 적혈구 생성 파동은 배아 발생 8일째에 난황낭에서 끝납니다. 그 후, 난황낭에서만 형성되어 임신 9일째에 처음 나타나는 확정적 적혈구 전구 세포(BFU-E)가 축적되는 기간이 이어집니다. 배아 발생의 다음 단계에서는 확정적 적혈구 전구 세포(CFU-E)와 (!) 비만 세포, 그리고 CFU-GM이 이미 형성됩니다. 이는 최종 조혈 전구 세포가 난황낭에서 발생하여 혈류를 따라 이동하고 간에 정착하여 배아 내 조혈의 첫 단계를 빠르게 시작한다는 관점의 근거가 됩니다. 이러한 개념에 따르면, 난황낭은 한편으로는 일차 적혈구 생성 장소로, 다른 한편으로는 배아 발생에서 최종 조혈 전구 세포의 첫 번째 공급원으로 간주될 수 있습니다.

높은 증식 잠재력을 가진 집락형성 세포는 임신 8일째, 즉 배아의 혈관계와 난황낭이 닫히기 훨씬 전에 난황낭에서 분리될 수 있는 것으로 나타났습니다. 또한, 시험관 내에서 난황낭으로부터 얻은 높은 증식 잠재력을 가진 세포는 골수 줄기세포 배양 성장의 해당 매개변수와 크기 및 세포 구성이 다르지 않은 집락을 형성합니다. 동시에, 높은 증식 잠재력을 가진 난황낭의 집락형성 세포를 재이식할 경우, 조혈 골수 전구 세포를 사용할 때보다 훨씬 더 많은 자손 집락형성 세포와 다능성 전구 세포가 형성됩니다.

최종 조혈에서 난황낭 조혈줄기세포의 역할에 대한 최종 결론은 저자들이 난황낭 내피세포(G166)를 확보한 연구 결과를 통해 얻을 수 있었습니다. 이 세포는 조혈줄기세포(HSC)의 표현형 및 기능적 특성(AA4.1+WGA+, 낮은 밀도 및 약한 접착 특성)을 가지며 세포 증식을 효과적으로 지원했습니다. C166 세포의 영양층에서 8일 동안 배양했을 때 난황낭 내피세포의 함량은 100배 이상 증가했습니다. C166 세포 아층에서 배양된 혼합 콜로니에서 대식세포, 과립구, 거핵구, 모세포, 단핵구, 그리고 B 림프구 및 T 림프구 전구세포가 확인되었습니다. 내피세포 아층에서 배양된 난황낭 세포는 자가 증식 능력을 보였으며, 저자들의 실험에서 최대 3회까지 배양을 견뎌냈습니다. 중증복합면역결핍증(SCID)이 있는 성숙 마우스에서 이들의 도움을 받아 조혈 기능을 회복시키면 모든 유형의 백혈구와 T 림프구 및 B 림프구가 생성되었습니다. 그러나 저자들은 연구에서 배아 내 및 배아 외 혈관계가 이미 폐쇄된 10일 된 배아의 난황낭 세포를 사용했는데, 이는 난황낭 세포 내에 배아 내 조혈모세포(HSC)가 존재할 가능성을 배제할 수 없습니다.

동시에, 난황낭과 배아의 혈관계가 통합되기 전(임신 8~8.5일)에 분리한 초기 발달 단계의 조혈 세포의 분화 잠재력을 분석한 결과, 난황낭에는 T 세포와 B 세포의 전구체가 존재하지만 배아체에는 존재하지 않는 것으로 나타났습니다. 시험관 내 시스템에서는 흉선의 상피 세포와 상피하 세포의 단층에서 2단계 배양을 통해 난황낭의 단핵세포가 T 세포 전단계와 성숙 T 림프구로 분화되었습니다. 동일한 배양 조건에서 간과 골수의 기질 세포 단층에서 난황낭의 단핵세포가 B 세포 전단계와 성숙 IglVT-B 림프구로 분화되었습니다.

이러한 연구 결과는 난황낭의 배아외 조직에서 면역 체계 세포가 발달할 가능성이 있음을 나타내며, 일차 T 세포와 B 세포 계통의 형성은 배아 조혈 기관의 기질 미세 환경 요인에 따라 달라집니다.

다른 저자들은 또한 난황낭에 림프구 분화 잠재력을 가진 세포가 포함되어 있으며, 그 결과 생성된 림프구는 성적으로 성숙한 동물의 림프구와 항원적 특성이 다르지 않음을 보여주었습니다. 8~9일 된 배아의 난황낭 세포는 T 세포 수용체 레퍼토리를 형성한 성숙한 CD3+CD4+- 및 CD3+CD8+- 림프구가 출현하여 무흉선세포 흉선에서 림프구 생성을 회복할 수 있다는 것이 확립되었습니다. 따라서 흉선은 배아 외 기원의 세포로 채워질 수 있지만, 초기 T 림프구 전구 세포가 배아 내 림프구 생성 공급원에서 흉선으로 이동할 가능성을 배제할 수 없습니다.

동시에, 방사선 조사된 성인 수혜자에게 난황낭 조혈 세포를 이식하는 것이 항상 고갈된 조혈 조직 국소화 구역의 장기적인 재생을 가져오는 것은 아니며, 시험관 내 난황낭 세포는 AGM 영역 세포보다 비장 콜로니를 현저히 적게 형성합니다. 경우에 따라 9일 된 배아의 난황낭 세포를 사용하여 방사선 조사된 수혜자에서 조혈 조직의 장기적인(최대 6개월) 재생을 달성할 수 있습니다. 저자들은 CD34+c-kit+ 표현형을 가진 난황낭 세포가 고갈된 조혈 기관을 재생하는 능력 면에서 AGM 영역의 난황낭 세포와 다르지 않을 뿐만 아니라, 난황낭에 약 37배 더 많은 난황낭 세포가 포함되어 있기 때문에 조혈 기능을 더 효과적으로 회복한다고 생각합니다.

실험에는 조혈줄기세포(c-kit+ 및/또는 CD34+ 및 CD38+)의 표지 항원을 가진 난황낭 조혈세포가 사용되었으며, 이 세포들은 임신 18일째에 부설판(busulfan)을 주사받은 암컷 마우스 새끼의 간이나 복부 정맥에 직접 주입되었습니다. 이러한 신생 동물에서는 부설판으로 인해 조혈줄기세포가 제거되어 골수형성이 급격히 억제되었습니다. 난황낭 조혈줄기세포 이식 후, 공여 표지자인 글리세로인산탈수소효소(GDL)를 포함하는 형성 요소가 수혜자의 말초혈액에서 11개월 동안 검출되었습니다. 난황낭 조혈 줄기세포(HSC)는 혈액, 흉선, 비장, 골수에서 림프계, 골수계, 적혈구 계통 세포의 함량을 회복시키는 것으로 나타났으며, 간내 투여 시 정맥 투여보다 난황낭 세포를 투여했을 때 키메리즘 수준이 더 높았습니다. 저자들은 초기 단계(최대 10일) 배아의 난황낭 조혈 줄기세포가 성인 수혜자의 조혈 기관에 성공적으로 자리 잡기 위해서는 간의 조혈 미세환경과의 사전 상호작용이 필요하다고 생각합니다. 배아 발생 과정에서 난황낭 세포가 처음에 간으로 이동한 후, 성숙 수혜자의 조혈 기관 기질에 자리 잡을 수 있는 능력을 획득하는 독특한 발달 단계가 있을 가능성이 있습니다.

이와 관련하여, 방사선을 조사한 성숙한 수혜자에게 골수 세포를 이식한 후에는 면역 체계 세포의 키메리즘이 꽤 자주 관찰된다는 점에 유의해야 합니다. 후자의 혈액에서 수혜자의 B-, T-림프구 및 과립구 중에서 공여자 표현형의 세포가 상당히 많은 양으로 발견되며, 이는 적어도 6개월 이상 지속됩니다.

포유류의 조혈 세포는 배아 발생 7일째에 형태학적 방법으로 처음 발견되며, 난황낭 혈관 내 조혈 섬(hematopoietic island)으로 나타납니다. 그러나 난황낭에서의 자연적인 조혈 분화는 핵을 유지하고 태아 헤모글로빈을 합성하는 일차 적혈구로 제한됩니다. 그럼에도 불구하고, 배아 체내에 조혈 줄기세포가 출현하는 시점은 난황낭과 배아의 혈관계가 폐쇄되는 시점과 일치하기 때문에, 난황낭이 발달 중인 배아의 조혈 기관으로 이동하여 성체 동물에서 최종 조혈을 제공하는 유일한 원천이라고 전통적으로 믿어져 왔습니다. 이러한 관점은 난황낭 세포가 시험관 내에서 복제될 때 과립구와 대식세포를, 그리고 생체 내에서는 비장 군집을 형성한다는 데이터에 의해 뒷받침됩니다. 그 후, 이식 실험 과정에서, 난황낭 자체에서는 일차 적혈구로만 분화할 수 있는 난황낭의 조혈 세포가 신생 및 성체 SCID 마우스의 간 미세환경에서 고갈된 흉선 또는 기질 공급 세포가 성체 수혜 동물에서도 모든 조혈 계통을 회복하면서 조혈 기관을 재생성하는 능력을 획득한다는 것이 확인되었습니다. 원칙적으로, 이를 통해 우리는 이들을 진정한 조혈 줄기 세포(HSC), 즉 출생 후 기간에 기능하는 세포로 분류할 수 있습니다. 난황낭은 AGM 영역과 함께 포유류에서 최종 조혈을 위한 HSC의 공급원 역할을 한다고 추정되지만, 조혈계 발달에 대한 이들의 기여는 아직 불분명합니다. 초기 포유류 배아 발생에서 유사한 기능을 가진 두 개의 조혈 기관이 존재한다는 것의 생물학적 의미 또한 불분명합니다.

이러한 질문에 대한 답을 찾기 위한 노력은 계속되고 있습니다. 생체 내 연구에서, T 림프구와 B 림프구가 현저히 결핍된 치사량 이하 방사선 조사된 SCID 마우스의 난황낭에서 림프구 생성을 회복시키는 세포가 존재함을 입증했습니다. 난황낭 조혈 세포를 복강 내 주사하고 비장과 간 조직에 직접 주입했습니다. 16주 후, 공여체의 MHC 항진 유전자로 표지된 TCR/CD34, CD4+ 및 CD8+ T 림프구와 B-220+ IgM+ B 림프구가 수혜자에서 검출되었습니다. 동시에, 저자들은 8-8.5일 된 배아의 체내에서 이러한 면역 체계 회복을 가능하게 하는 줄기세포를 발견하지 못했습니다.

난황낭 조혈세포는 높은 증식 잠재력을 가지고 있으며, 시험관 내에서 장기간 자가증식이 가능합니다. 일부 저자들은 적혈구 전구세포의 생성 기간이 길어짐(약 7개월)에 따라 이 세포를 조혈모세포(HSC)로 분류하는데, 이 세포는 적혈구 계통의 골수 전구세포와 달리 계대배양 기간이 길고, 집락 크기가 크며, 성장인자에 대한 민감도가 높고, 증식 기간이 길다는 점에서 차이가 있습니다. 또한, 적절한 시험관 내 난황낭 세포 배양 조건에서는 림프구 전구세포도 생성됩니다.

제시된 데이터는 일반적으로 난황낭을 골수 줄기세포보다 덜 분화되어 더 큰 증식 잠재력을 가진 조혈 줄기세포의 공급원으로 간주할 수 있게 합니다. 그러나 난황낭에는 다양한 조혈 분화 계통을 장기간 유지하는 만능 조혈 전구 세포가 포함되어 있음에도 불구하고, 조혈 줄기세포의 완전성을 판단하는 유일한 기준은 조혈 세포가 파괴되었거나 유전적으로 결함이 있는 수혜자의 조혈 기관을 장기간 재생성할 수 있는 능력입니다. 따라서 핵심 질문은 난황낭의 만능 조혈 세포가 조혈 기관으로 이동하여 증식할 수 있는지, 그리고 주요 조혈 계통 형성과 함께 성숙 동물의 조혈 기관을 재생성할 수 있는 능력을 입증한 기존 연구들을 수정하는 것이 타당한지 여부입니다. 1970년대에 조류 배아에서 최종 GSC의 배아 내 기원이 확인되었는데, 이는 이미 다른 척추동물을 포함한 GSC의 배아 외 기원에 대한 기존 학설에 의문을 제기했습니다. 지난 몇 년 동안 포유류와 인간에서 GSC를 포함하는 유사한 배아 내 영역의 존재에 대한 논문들이 발표되었습니다.

이 분야의 기초 지식은 실제 세포 이식에 매우 중요하다는 점을 다시 한번 강조해야 합니다. 이는 HSC의 선호되는 공급원을 결정할 뿐만 아니라 유전적으로 이질적인 생물체와 일차 조혈 세포 간의 상호작용 특성을 규명하는 데 도움이 되기 때문입니다. 기관 형성 단계에서 인간 태아 간의 조혈 줄기 세포를 양의 배아에 이식하면 혈액과 골수에서 인간 조혈 세포의 3~5%가 안정적으로 존재하는 키메라 동물이 탄생하는 것으로 알려져 있습니다. 동시에 인간 HSC는 핵형이 변하지 않아 높은 증식률과 분화 능력을 유지합니다. 또한, 이식된 이종 조혈 줄기 세포는 숙주의 면역 체계 및 식세포와 충돌하지 않으며 종양 세포로 변형되지 않습니다. 이는 결핍 유전자가 형질전환된 HSC 또는 배아 줄기 세포를 이용한 자궁 내 유전적 유전 병리 교정 방법 개발의 기반이 되었습니다.

하지만 배아 발생의 어느 단계에서 이러한 보정을 수행하는 것이 더 적절할까요? 조혈 세포가 포유류에서 처음으로 착상 직후(임신 6일차)에 나타났는데, 이때는 조혈 분화의 형태학적 징후와 추정 조혈 기관이 아직 나타나지 않은 상태입니다. 이 단계에서 마우스 배아의 분산된 세포는 방사선 조사된 수혜자의 조혈 기관을 재생성하여 숙주 세포와 각각 헤모글로빈 또는 글리세로인산 이성질화효소의 종류가 다른 적혈구와 림프구를 형성하고, 공여 세포의 추가적인 염색체 마커(Tb)를 생성합니다. 포유류에서는 조류와 마찬가지로 공통 혈관상이 닫히기 전, 난황낭과 동시에 조혈 세포가 배아의 몸, 대동맥 주위장내흉막에 직접 나타납니다. AA4.1+ 표현형의 조혈 세포를 AGM 영역에서 분리하여 T 림프구와 B 림프구, 과립구, 거핵구, 그리고 대식세포를 형성하는 다능성 조혈 세포로 특성화했습니다. 표현형적으로, 이 다능성 전구 세포는 성체 동물 골수의 조혈 줄기세포(CD34+c-kit+)와 매우 가깝습니다. AGM 영역의 모든 세포 중 다능성 AA4.1+ 세포의 수는 매우 적어 전체 면적의 1/12에 불과합니다.

인간 배아에서는 동물의 AGM 영역과 상동성을 갖는 조혈 줄기세포(HSC)를 포함하는 배아 내 영역이 확인되었습니다. 더욱이, 인간의 경우 증식 잠재력이 높은 다능성 세포의 80% 이상이 배아의 체내에 존재하며, 이러한 세포는 난황낭에도 존재합니다. 이들의 위치를 자세히 분석한 결과, 이러한 세포 수백 개가 등쪽 대동맥 복벽의 내피 세포 근처에 밀집된 군집을 이루고 있는 것으로 나타났습니다. 표현형적으로 이들은 CD34+CD45+Lin 세포입니다. 이와는 반대로, 난황낭을 비롯한 배아의 다른 조혈 기관(간, 골수)에서는 이러한 세포들이 단일 세포입니다.

결과적으로, 인간 배아의 AGM 영역은 등쪽 대동맥의 배쪽 내피와 밀접하게 연관된 조혈 세포 군집을 포함합니다. 이러한 접촉은 면역화학적 수준에서도 관찰됩니다. 조혈 세포 군집의 세포와 내피 세포 모두 혈관 내피 성장 인자인 Flt-3 리간드, 그 수용체인 FLK-1과 STK-1, 그리고 백혈병 줄기세포의 전사인자를 발현합니다. AGM 영역에서 중간엽 유래 세포는 등쪽 대동맥 전체를 따라 위치한 촘촘한 원형 세포 가닥으로 나타나며, 세포 간 상호작용 및 이동 과정에 활발하게 관여하는 기질 물질의 당단백질인 테나신 C를 발현합니다.

이식 후 AGM 영역의 다능성 줄기세포는 성숙 방사선 조사 마우스에서 조혈 기능을 빠르게 회복시키고 장기간(최대 8개월) 효과적인 조혈 기능을 제공합니다. 저자들은 난황낭에서 이러한 특성을 가진 세포를 발견하지 못했습니다. 본 연구 결과는 초기 발생 단계(10.5일)의 배아에서 AGM 영역만이 조혈 줄기세포(HSC)의 정의에 부합하는 세포의 유일한 공급원이며, 성숙 방사선 조사 수혜자의 골수 및 림프계 조혈 기능을 회복한다는 또 다른 연구 결과를 통해 확인되었습니다.

AGM-S3 기질 세포주는 AGM 영역에서 분리되었으며, 이 세포들은 배양 시 CFU-GM, BFU-E, CFU-E 및 혼합형 콜로니 형성 단위(CFU)와 같은 결정된 전구 세포(committed progenitor cells)의 생성을 지원합니다. AGM-S3 세포주의 피더 아층에서 배양하는 동안 후자의 함량은 10배에서 80배로 증가합니다. 따라서 AGM 영역의 미세환경에는 조혈을 효과적으로 지원하는 기질 기저 세포가 포함되어 있으므로, AGM 영역 자체가 배아 조혈 기관, 즉 성체 동물의 조혈 조직을 형성하는 확정적 조혈 줄기세포(definitive HSCs)의 공급원 역할을 할 수 있습니다.

AGM 영역의 세포 구성에 대한 확장된 면역표현형 분석 결과, 다능성 조혈 세포뿐만 아니라 골수 및 림프구(T 및 B 림프구) 분화에 관여하는 세포도 포함되어 있음을 보여주었습니다. 그러나 중합효소 연쇄반응(PCR)을 이용하여 AGM 영역의 개별 CD34+c-kit+ 세포에 대한 분자 분석 결과, 베타글로빈과 골수과산화효소 유전자만 활성화되었고, CD34, Thy-1, 15 합성을 암호화하는 림프구 유전자는 활성화되지 않았습니다. 혈통 특이적 유전자의 부분적인 활성화는 조혈모세포(HSC)와 전구세포 생성의 초기 개체발생 단계에서 나타나는 특징입니다. 10일 된 배아의 AGM 부위에 있는 전구 세포의 수가 간에 있는 전구 세포의 수보다 2~3자리 수 적다는 점을 고려하면, 배아 발생 10일째에 AGM 부위의 조혈이 막 시작되는 반면, 이 기간 동안 태아의 주요 조혈 기관에서는 조혈 계통이 이미 발달했다고 주장할 수 있습니다.

실제로, 신생아의 조혈 미세환경에는 재형성되지만 성체에는 재형성되지 않는 난황낭과 AGM 영역의 초기(9~11일) 조혈 줄기세포와는 달리, 12~17일 배아 간의 조혈 전구 세포는 더 이상 초기 생후 미세환경을 필요로 하지 않으며, 신생아와 마찬가지로 성체 동물의 조혈 기관에 재형성됩니다. 배아 간 조혈 줄기세포 이식 후, 방사선 조사된 성체 수혜 마우스의 조혈은 다클론성 특성을 보였습니다. 또한, 표지된 콜로니를 사용하여 이식된 클론의 기능이 성체 골수에서 나타나는 클론 계승에 전적으로 의존함을 확인했습니다. 따라서 외인성 사이토카인으로 사전 자극하지 않고 가장 온화한 조건에서 표지된 배아 간 HSC는 이미 성체 HSC의 주요 특성을 보유하고 있습니다. 즉, 초기 배아 후 미세환경이 필요하지 않고 이식 후 깊은 휴면 상태에 들어가며 클론 계승 모델에 따라 순차적으로 클론을 형성합니다.

클론 계승 현상에 대해 좀 더 자세히 살펴볼 필요가 있습니다. 적혈구 생성은 높은 증식 잠재력과 모든 혈액 세포의 전구 세포 계통으로 분화할 수 있는 능력을 가진 조혈 줄기 세포에 의해 수행됩니다. 정상적인 조혈 강도에서 대부분의 조혈 줄기 세포는 휴면 상태에 있으며 증식과 분화를 위해 동원되어 순차적으로 클론을 형성하여 서로 대체합니다. 이 과정을 클론 계승이라고 합니다. 조혈계에서 클론 계승에 대한 실험적 증거는 레트로바이러스 유전자 전이로 표지된 조혈 줄기 세포(HSC)를 이용한 연구에서 얻어졌습니다. 성체 동물에서 조혈은 HSC의 유도체인 동시에 기능하는 많은 조혈 클론에 의해 유지됩니다. 클론 계승 현상을 바탕으로 HSC를 식별하기 위한 재증식 접근법이 개발되었습니다. 이 원리에 따르면, 평생 조혈계를 회복할 수 있는 장기 조혈줄기세포(LT-HSC)와 제한된 기간 동안 이 기능을 수행하는 단기 HSC를 구별합니다.

조혈모세포를 재생산 접근법의 관점에서 고려한다면, 배아 간 조혈모세포의 특징은 제대혈이나 골수 조혈줄기세포의 성장에서보다 훨씬 더 큰 크기의 콜로니를 형성할 수 있다는 점이며, 이는 모든 유형의 콜로니에 적용됩니다. 이 사실만으로도 배아 간 조혈모세포의 높은 증식 잠재력을 시사합니다. 배아 간 조혈모세포의 독특한 특성은 다른 공급원에 비해 세포 주기가 짧다는 점인데, 이는 이식 시 조혈기관 재생산의 효율성 측면에서 매우 중요합니다. 성숙 생물체에서 얻은 조혈 현탁액의 세포 구성을 분석한 결과, 모든 개체발생 단계에서 핵세포는 최종 분화된 세포로 주로 구성되며, 그 수와 표현형은 조혈 조직 공여자의 개체발생 연령에 따라 달라집니다. 특히 골수와 제대혈의 단핵구 현탁액은 50% 이상의 성숙 림프구 계열 세포로 구성되어 있는 반면, 배아 간의 조혈 조직은 10% 미만의 림프구를 함유하고 있습니다. 또한, 배아 및 태아 간의 골수계 세포는 주로 적혈구 계열 세포로 구성되어 있는 반면, 제대혈과 골수에서는 과립구-대식세포 요소가 우세합니다.

배아 간에 초기 조혈 전구세포가 모두 포함되어 있다는 것도 중요합니다. 이 중 적혈구, 과립구, 거핵구, 그리고 다계통 군집형성세포가 주목되어야 합니다. 이들의 더 원시적인 전구세포인 LTC-IC는 체외에서 5주 이상 증식 및 분화할 수 있으며, 면역결핍 동물에게 동종 및 이종 이식을 시행하는 동안 수혜자의 체내에 생착된 후에도 기능적 활성을 유지합니다.

배아 간에서 적혈구계 세포가 우세한 것(조혈 요소 전체의 최대 90%)의 생물학적 유용성은 발달 중인 태아의 혈액량이 급격히 증가함에 따라 적혈구 양을 공급해야 할 필요성 때문입니다. 배아 간에서 적혈구 생성은 태아 헤모글로빈(a2u7)을 함유하는 다양한 성숙도의 적혈구 전구체 핵에 의해 나타납니다. 이 헤모글로빈은 산소 친화도가 높아 모체 혈액에서 헤모글로빈을 효과적으로 흡수합니다. 배아 간에서 적혈구 생성이 강화되면 에리스로포이에틴(EPO) 합성이 국소적으로 증가합니다. 배아 간에서 조혈 세포의 조혈 잠재력을 실현하기 위해서는 에리트로포이에틴 단독 존재만으로도 충분하지만, 골수 및 제대혈 조혈 줄기세포의 적혈구 생성에 EPO, SCF, GM-CSF 및 IL-3로 구성된 사이토카인과 성장 인자의 조합이 필요하다는 점이 주목할 만합니다. 동시에, EPO 수용체가 없는 배아 간에서 분리된 초기 조혈 전구 세포는 외인성 에리트로포이에틴에 반응하지 않습니다. 배아 간 단핵세포 현탁액에서 적혈구 생성을 유도하기 위해서는 EPO 수용체를 발현하는 CD34+CD38+ 표현형을 가진 보다 발달된 에리트로포이에틴 민감성 세포의 존재가 필요합니다.

배아기 조혈 발달에 대한 문헌상의 일치된 의견은 아직 없습니다. 조혈 전구 세포의 배아 외 및 배아 내 존재의 기능적 중요성은 아직 확립되지 않았습니다. 그러나 인간 배아 발생에서 간이 조혈의 중심 기관이며, 임신 6주에서 12주 사이에 비장, 흉선, 골수를 구성하는 조혈 줄기 세포의 주요 공급원 역할을 한다는 것은 의심의 여지가 없습니다. GDR은 출생 전후 발달 단계에서 해당 기능의 수행을 보장합니다.

배아 간은 다른 간세포에 비해 조혈모세포(HSC) 함량이 가장 높다는 점을 다시 한번 강조합니다. 배아 간 CD344 세포의 약 30%가 CD38 표현형을 가지고 있습니다. 동시에, 간 조혈 초기 단계에서 림프 전구 세포(CD45+)의 수는 4%에 불과합니다. 태아가 임신 7주에서 17주까지 발달함에 따라 B 림프구 수는 매달 1.1%씩 점진적으로 증가하는 반면, HSC 수치는 영구적으로 감소하는 것으로 알려져 있습니다.

조혈모세포의 기능적 활동은 또한 그 출처의 배아 발달 기간에 따라 달라진다. SCF, GM-CSF, IL-3, IL-6 및 EPO가 존재하는 반액체 배지에서 배양하는 동안 임신 6-8주와 9-12주에 인간 배아의 간 세포의 군집 형성 활동에 대한 연구는 발달 초기 단계에서 배아 간의 HSC를 접종할 때 총 군집 수가 1.5배 더 높은 것으로 나타났다. 동시에 배아 발생 6-8주에 간의 CFU-GEMM과 같은 골수 형성 전구 세포의 수는 임신 9-12주에 비해 3배 이상 높다. 일반적으로 임신 1기 배아의 조혈 간 세포의 군집 형성 활동은 임신 2기 태아 간 세포의 군집 형성 활동보다 유의하게 높았다.

위 데이터는 배아 발생 초기의 배아 간이 초기 조혈 전구 세포 함량 증가뿐만 아니라, 다양한 세포주로의 광범위한 분화를 특징으로 한다는 것을 시사합니다. 배아 간 조혈 줄기세포의 이러한 기능적 활성 특징은 임신 초기에 얻은 소량의 세포라도 이식 시 탁월한 치료 효과를 기대할 수 있게 해 주므로, 임상적으로 유의미한 의의가 있을 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 효과적인 이식에 필요한 조혈모세포의 양 문제는 여전히 해결되지 않은 채 중요한 문제로 남아 있습니다. 사이토카인과 성장인자의 자극을 받을 때 배아 간 조혈모세포가 시험관 내에서 높은 자가증식 잠재력을 가지고 있다는 점을 이용하여 이 문제를 해결하려는 시도가 진행되고 있습니다. 초기 배아 간 조혈모세포를 생물반응기에서 2~3일 동안 지속적으로 관류하면, 초기 수준보다 15배 높은 조혈모세포를 얻을 수 있습니다. 참고로, 동일한 조건에서 인간 제대혈 조혈모세포의 생산량을 20배 증가시키려면 최소 2주가 필요합니다.

따라서 배아 간은 다른 조혈모세포 공급원과 달리 수임 조혈모세포와 초기 조혈모세포 모두의 함량이 더 높습니다. 성장인자와 함께 배양한 경우, CD34+CD45Ra1 CD71l0W 표현형을 가진 배아 간세포는 유사한 제대혈 세포보다 30배, 골수 조혈모세포보다 90배 더 많은 콜로니를 형성합니다. 특정 공급원에서 가장 두드러진 차이점은 혼합 콜로니를 형성하는 초기 조혈모세포의 함량입니다. 배아 간에서 CFU-GEMM의 양은 제대혈과 골수에서보다 각각 60배와 250배 더 많습니다.

배아 발생 18주차(골수에서 조혈이 시작되는 시기)까지 간세포의 60% 이상이 조혈 기능에 관여한다는 점도 중요합니다. 인간 태아는 발생 13주차까지 흉선이 없고, 따라서 흉선세포도 없기 때문에, 임신 6~12주차의 배아 간에서 조혈세포를 이식하면 "이식편 대 숙주 반응" 발생 위험을 크게 줄일 수 있으며, 조직 적합 공여자를 선택할 필요도 없어 조혈 키메리즘을 비교적 쉽게 달성할 수 있습니다.